JP2013023821A

JP2013023821A - 作業機械

Info

Publication number: JP2013023821A
Application number: JP2011156531A
Authority: JP
Inventors: Sei Shimabara; 聖島原; Keisuke Shironi; 啓介白仁; Masafumi Shibata; 雅史柴田
Original assignee: Caterpillar SARL
Current assignee: Caterpillar SARL
Priority date: 2011-07-15
Filing date: 2011-07-15
Publication date: 2013-02-04

Abstract

【課題】作業装置上下動シリンダを含む複数の油圧アクチュエータを備える作業機械において、上下動シリンダを下げ操作したときのエンジン回転速度を、適切に、かつ他の油圧アクチュエータの操作に支障をきたさないように低減させる。
【解決手段】作業機械が、複数の油圧アクチュエータと、油圧アクチュエータにポンプの吐出油を給排するコントロール弁と、コントロール弁による上下動シリンダの操作検知手段と、コントロール弁のネガコン圧検知手段と、エンジンコントローラと、機体コントローラを備え、機体コントローラは、上下動シリンダの下げ操作を検知するとエンジン回転速度を低減させる低減量をネガコン圧の大きさに応じて高いときは大きく低いときは小さく設定しエンジンコントローラに指令する。
【選択図】図１

Description

本発明は作業機械、さらに詳しくは、作業装置上下動シリンダによる作業装置下げ時にエンジンの回転速度を可変低減するシステムを備えた作業機械に関する。

代表的な作業機械である油圧ショベルは、エンジンによって駆動される油圧ポンプの吐出油により作動する作業装置上下動シリンダを備えている。そして、作業装置の下げ操作において、作業装置上下動シリンダに大きなパワーおよびスピードが要らない場合にはエンジン回転を低速にして燃費を向上させ、パワーおよびスピードが必要な場合には高速で回転させる技術が開発されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１０−１７４５７４号公報（図５）

しかしながら、上述の従来の作業機械には、次のとおりの改善の望まれている課題がある。

すなわち、作業装置上下動シリンダ下げ操作中においても掘削作業や接地下げ状態ではパワーを必要とするため、特定の下げ操作方法を行った際や吐出ポンプの圧力条件によって、エンジン回転数を低速としない制御が盛り込まれていた。しかし、操作方法やポンプ圧力条件による判別では、実際に掘削作業や接地下げ状態となっても条件を満たさない場合があり、適切にエンジン回転の制御ができない場合があった。また、パワーやスピードが必要な他の油圧アクチュエータを同時に作動させた場合においても、エンジン回転が低速となる場合があり、作業に支障をきたすことがあった。

本発明は上記事実に鑑みてなされたもので、その技術的課題は、作業装置上下動シリンダを含む複数の油圧アクチュエータを備える作業機械において、作業装置上下動シリンダを下げ操作したときのエンジン回転速度を、適切に、かつ他の油圧アクチュエータの操作に支障をきたさないように低減させる手段を備えた作業機械を提供することである。

本発明によれば上記技術的課題を解決する作業機械は、エンジンによって駆動される油圧ポンプの吐出油により作動する作業装置上下動シリンダを含む複数の油圧アクチュエータと、複数の油圧アクチュエータそれぞれに該ポンプの吐出油を給排するコントロール弁と、コントロール弁による該上下動シリンダの操作状態を検知する操作検知手段と、コントロール弁のセンタバイパス油路の出口側圧力であるネガコン圧を検知するネガコン圧検知手段と、エンジンの回転速度を制御するエンジンコントローラと、機体の作動を制御する機体コントローラと、を備え、機体コントローラは、操作検知手段が作業装置上下動シリンダの下げ操作を検知するとエンジン回転速度を低減させる低減量をネガコン圧検知手段により検知したネガコン圧の大きさに応じてネガコン圧の高いときは大きく低いときは小さく設定しエンジンコントローラに指令する。

好適には、機体コントローラは、該低減量として、ネガコン圧の高い側に一定の最大値範囲を、低い側に一定の最小値範囲を設定する。

本発明に従って構成された作業機械は、作業装置上下動シリンダの下げ操作を操作検知手段が検知すると、機体コントローラはエンジン回転速度を低減させる低減量をネガコン圧検知手段により検知したネガコン圧の大きさに応じてネガコン圧の高いときは大きく低いときは小さく設定しエンジンコントローラに指令する。

したがって、作業装置上下動シリンダを含む複数の油圧アクチュエータを備える作業機械において、作業装置上下動シリンダを下げ操作したときのエンジン回転速度を、作業装置上下動シリンダを含む油圧アクチュエータに要求されるパワーおよびスピードの大小をコントロール弁のセンタバイパス油路のネガコン圧によって判定し制御するので、他の油圧アクチュエータの操作に支障をきたさないように低減することができる。

本発明に従って構成された作業機械の油圧回路図。図１に示す機体コントローラの制御ブロック図。本発明によるエンジン回転速度制御の説明線図。作業機械の代表例である油圧ショベルの側面図。

以下、本発明に従って構成された作業機械について、代表的な作業機械である油圧ショベルにおける好適実施形態を図示している添付図面を参照して、さらに詳細に説明する。

油圧ショベルについて図４を参照して説明する。全体を番号２で示す油圧ショベルは、下部走行体４と、下部走行体４上に鉛直に延びる軸線Ｘを中心に旋回自在に取付けられた上部旋回体６を備え、上部旋回体６には作業装置８が上下方向に揺動自在に取付けられている。

作業装置８は、上部旋回体６に揺動自在に取付けられたブーム１０と、ブーム１０の先端に揺動自在に取付けられたアーム１２と、アーム１２の先端に揺動自在に取付けられたバケット１４を備えている。作業装置８は、油圧アクチュエータである、上部旋回体６とブーム１０の両側の間に介在された作業装置上下動シリンダとしての一対のブームシリンダ１０ａ、１０ａ、ブーム１０とアーム１２の間に介在されたアームシリンダ１２ａ、およびアーム１２とバケット１４の間に介在されたバケットシリンダ１４ａを備えている。

油圧ショベル２はまた、油圧アクチュエータとして、上部旋回体６に旋回モータ１６、下部走行体４に左右一対の走行モータ１８ａ，１８ｂを備えている。

上記の複数の油圧アクチュエータを適宜に作動操作することにより、作業装置８を用いた土砂の掘削・積込・運搬などの作業が遂行される。

複数の油圧アクチュエータの作動を制御する油圧回路について、図１を参照して説明する。油圧回路は、ブームシリンダ１０ａ、１０ａ、バケットシリンダ１４ａ、走行モータ１８ａに、コントロール弁２０のそれぞれに対応した方向制御弁を介して作動油を供給する第１の油圧ポンプ２４と、アームシリンダ１２ａ、旋回モータ１６、走行モータ１８ｂに、コントロール弁２０のそれぞれに対応した方向制御弁を介して作動油を供給する第２の油圧ポンプ２６を備えている。油圧ポンプ２４，２６は、エンジン２２によって駆動される可変容量形ポンプで、それぞれに容量制御器２４ａ、２６ａを備えている。

コントロール弁２０の方向制御弁、例えばブーム用方向制御弁２０ａは、パイロット圧油によってスプールが操作され作動油の流れ方向、流量を制御する周知のオープンセンタ形の制御弁である。方向制御弁それぞれには、操作のための、パイロット油圧源２８のパイロット圧油を給排する比例減圧弁であるリモコン弁３０、例えばブーム用方向制御弁２０ａにはブーム用リモコン弁３０ａのパイロット圧油管路が接続されている。

ブーム用リモコン弁３０ａの操作レバー３０ｂを例えば矢印Ｚで示すブーム下げ方向に操作するとブーム用方向制御弁２０ａの一側に操作に応じた圧力のパイロット圧油が出力され、ブーム用方向制御弁２０ａからブームシリンダ１０ａ、１０ａのロッド側に油圧ポンプ２４の吐出油が供給されブームシリンダ１０ａは収縮し作業装置８は下げられる。

油圧回路は、コントロール弁２０による作業装置上下動シリンダであるブームシリンダ１０ａの操作状態を検知する操作検知手段としての圧力センサであるブーム下げセンサ３２をブーム用リモコン弁３０ａの下げ操作のパイロット圧油管路に備えている。ブーム下げセンサ３２はブーム下げ操作に応じて出力されるパイロット圧力によって操作状態であるか否かを検知する。

コントロール弁２０の、油圧ポンプ２４，２６それぞれの吐出油が流れるセンタバイパス油路の出口側にはネガコン圧を規定するリリーフ弁およびオリフィス２１ａ、２１ｂが備えられ、このネガコン圧を検知するネガコン圧検出手段としての、第１の油圧ポンプ２４の油路の圧力を検知するネガコン圧センサ３４および油圧ポンプ２６の油路の圧力を検知するネガコン圧センサ３６を備えている。それぞれのネガコン圧は油圧ポンプ２４，２６の容量制御器３４，３６にも導かれている。

ネガコン圧センサ３４，３６、ブーム下げセンサ３２の出力は、機体の作動を制御する機体コントローラ３８に接続されている。

図１とともに図２を参照して機体コントローラ３８について説明する。

機体コントローラ３８は、ネガコン圧センサ３４の検知圧力信号が入力されネガコン圧に応じてエンジン回転の速度低減量を設定する第１設定器３８ａと、ネガコン圧センサ３６の検知圧力が入力され検知圧力に応じてエンジン回転の速度低減量を設定する第２設定器３８ｂと、第１設定器３８ａおよび第２設定器３８ｂの出力の低い方の値を選択する選択器３８ｃと、０（ゼロ）値を出力する０値設定器３８ｄと、ブーム下げセンサ３２の出力によって出力のあるときは選択器３８ｃの信号を、出力のないときは０値設定器３８ｄの出力を切換え選択する切換器３８ｅと、切換器３８ｅの出力が入力されこの出力に基づいてエンジン２２の回転速度を制御するエンジンコントローラ２２ａに回転速度の低減量を指令する指令器３８ｆを備えている。

第１設定器３８ａおよび第２設定器３８ｂはそれぞれ、エンジン回転の速度低減量をネガコン圧の大きさに応じてネガコン圧の高いときは大きく低いときは小さく設定するとともに、ネガコン圧の高い側に一定の最大値範囲Ｗ１を、低い側に一定の最小値範囲Ｗ２を設定する。本実施の形態における最小値は０に設定されている。

したがって機体コントローラ３８は、ブーム下げセンサ（操作検知手段）３２がブームシリンダ（作業装置上下動シリンダ）１０ａの下げ操作を検知するとエンジン回転速度を低減させる低減量を、ネガコン圧センサ（ネガコン圧検知手段）３４，３６により検知したネガコン圧の大きさに応じてネガコン圧の高いときは大きく低いときは小さく設定しエンジンコントローラ２２ａに指令する。

範囲Ｗ１、Ｗ２の幅は、ブームシリンダ１０ａあるいはブームシリンダ１０ａと同時に他の油圧アクチュエータを操作したときに発生するネガコン圧の変動により速度低減量が敏感に変動しないように、作業機械の作業形態、油圧アクチュエータの操作形態などによって決められる。

図１、図２とともに図３を参照して、ブームシリンダ（作業装置上下動シリンダ）１０ａを下げ操作したときのエンジン回転速度制御について説明する。

（１）ネガコン圧Ｐが小さい場合はエンジン回転速度Ｎを低減させない：
例えば油圧ショベルにおいてブームシリンダ１０ａ、あるいはブームシリンダ１０ａと同時に他の油圧アクチュエータを用いて重掘削のような作業を行う、ポンプ吐出流量、エンジンパワーが必要な場合、すなわちコントロール弁２０のセンタバイパス油路の流量が少なくネガコン圧Ｐが小さい場合には、ネガコン圧Ｐの低い側の一定範囲Ｗ１ではエンジン回転速度Ｎの低減量を最小（本実施例では０）とし、エンジン回転速度Ｎを下げない。したがって、ネガコン圧Ｐが低ければ連動等で流量が必要な状態と判断し、回転数低減を止める、もしくは低減回転数を小さくする。

（２）ネガコン圧Ｐが大きい場合はエンジン回転速度Ｎを低減させる：
例えば油圧ショベルにおいてブームシリンダ１０ａ、あるいはブームシリンダ１０ａと同時に他の油圧アクチュエータを操作しても、ポンプ吐出流量、エンジンパワーが不要な場合、すなわちコントロール弁２０のセンタバイパス油路の流量が大きくネガコン圧Ｐが大きい場合には、ネガコン圧Ｐの高い側の一定範囲Ｗ２ではエンジン回転速度Ｎの低減量を最大Δｒｐｍとし、エンジン回転速度を下げ、燃費を改善する。

（３）ネガコン圧Ｐが大小の中間、範囲Ｗ１とＷ２の間の場合は、ネガコン圧Ｐに応じてエンジン回転速度Ｎが制御される。

図１〜図４を参照して、上述したとおりの作業機械の作用効果について説明する。

本発明に従って構成された作業機械２は、作業装置上下動シリンダ１０ａの下げ操作を操作検知手段３２が検知すると、機体コントローラ３８はエンジン回転速度Ｎを低減させる低減量をネガコン圧検知手段３４，３６により検知したネガコン圧の大きさに応じてネガコン圧Ｐの高いときは大きく低いときは小さく設定しエンジンコントローラ２２ａに指令する。

したがって、作業装置上下動シリンダ１０ａを含む複数の油圧アクチュエータを備える作業機械２において、作業装置上下動シリンダ１０ａを下げ操作したときのエンジン回転速度を、作業装置上下動シリンダ１０ａを含む油圧アクチュエータに要求されるパワーの大小をコントロール弁２０のセンタバイパス油路のネガコン圧Ｐによって判定し制御するので、他の油圧アクチュエータの操作に支障をきたさないように低減することができる。

そして、機体の状態に応じた最適なエンジン回転数となるため、操作性をキープし、効率よく燃費低減が図れる。また、油圧アクチュエータにパワー/スピードが必要な場合はエンジン回転数を下げないようにするため、掘削はもちろん、その他の動作でスピード/パワーが必要な時にも、エンジン回転数Ｎを下げないようにできる。さらに、ネガコン圧によってそれを判別するので、操作パターンによらず、エンジン回転数を落とせるか否かをリアルタイムに判別できる。

また、機体コントローラ３８は、エンジン回転速度Ｎの低減量として、ネガコン圧Ｐの高い側に一定の最大値範囲Ｗ２を、低い側に一定の最小値範囲Ｗ１を設定したので、作業装置上下動シリンダ１０ａあるいは作業装置上下動シリンダ１０ａと同時に他の油圧アクチュエータを操作したときに発生するネガコン圧の変動による速度低減量の敏感な変動を防止でき、より安定した操作性を確保できる。

以上、本発明を実施例に基づいて詳細に説明したが、本発明は上記の実施例に限定されるものではなく、例えば下記のように、本発明の範囲内においてさまざまな変形あるいは修正ができるものである。

本発明の実施例においては、作業機械２は多くの油圧アクチュエータを作動操作するために２個の油圧ポンプ２４，２６を備えているが、作業機械の種類、油圧アクチュエータの数、作動頻度などによって油圧ポンプが１個の場合にも適用することができる。

本発明の実施例においては、エンジン回転速度Ｎの低減量として、ネガコン圧Ｐの低い側に低減量０の最小値範囲Ｗ１を設定したが、最小値範囲Ｗ１の低減量は０でなくてもよい。

２：油圧ショベル（作業機械）
１０ａ：ブームシリンダ（作業装置上下動シリンダ）
２０：コントロール弁
２２：エンジン
２２ａ：エンジンコントローラ
２４：油圧ポンプ
２６：油圧ポンプ
３２：ブーム下げセンサ（操作検知手段）
３４：ネガコン圧センサ（ネガコン圧検知手段）
３６：ネガコン圧センサ（ネガコン圧検知手段）
３８：機体コントローラ

Claims

エンジンによって駆動される油圧ポンプの吐出油により作動する作業装置上下動シリンダを含む複数の油圧アクチュエータと、
複数の油圧アクチュエータそれぞれに該ポンプの吐出油を給排するコントロール弁と、
コントロール弁による該上下動シリンダの操作状態を検知する操作検知手段と、
コントロール弁のセンタバイパス油路の出口側圧力であるネガコン圧を検知するネガコン圧検知手段と、
エンジンの回転速度を制御するエンジンコントローラと、
機体の作動を制御する機体コントローラと、を備え、
機体コントローラは、
操作検知手段が作業装置上下動シリンダの下げ操作を検知するとエンジン回転速度を低減させる低減量をネガコン圧検知手段により検知したネガコン圧の大きさに応じてネガコン圧の高いときは大きく低いときは小さく設定しエンジンコントローラに指令する、
ことを特徴とする作業機械。
機体コントローラが、
該低減量として、ネガコン圧の高い側に一定の最大値範囲を、低い側に一定の最小値範囲を設定する、
ことを特徴とする請求項１記載の作業機械。